综述：微生物辅助合成纳米材料的机制与应用

（编辑推荐）本综述系统阐述了微生物（细菌、真菌、藻类、病毒）通过胞内/外途径合成纳米材料（NMs）的绿色工艺，其生物分子作为还原剂和稳定剂，可制备高催化活性、生态友好的金属/非金属纳米颗粒（NPs），在生物医学、环境修复等领域展现巨大潜力。

　　

Graphical Abstract

微生物王国蕴藏着纳米制造的奇妙能力——细菌、真菌、藻类甚至病毒，都能通过胞内积累或胞外分泌的途径，将金属离子转化为功能化纳米颗粒。这些微小生命体分泌的蛋白质、酶和多糖，既充当天然还原剂将Au³⁺、Ag⁺等离子还原为单质，又作为封端剂（capping agents）维持纳米颗粒的稳定性。这种生物合成策略避免了传统化学法的高能耗和有毒试剂，在温和条件下即可获得粒径均一的Fe₃O₄、TiO₂等金属氧化物纳米材料。

Abstract

纳米材料（NMs）因其独特的表面效应和量子尺寸效应，在电子器件、精准医疗和环境修复等领域大放异彩。与传统物理化学方法相比，微生物合成法展现出显著优势：枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）能在胞内富集Cd²⁺生成量子点，曲霉菌（Aspergillus）分泌的硝酸还原酶可高效转化AgNO₃为抗菌银纳米颗粒（AgNPs）。更令人称奇的是，病毒衣壳蛋白的自组装特性为制备尺寸可控的金纳米团簇（AuNCs）提供了天然模板。

微生物与纳米材料的相互作用存在精妙的物种特异性：革兰氏阳性菌的厚肽聚糖层更利于胞内合成，而酵母菌往往通过细胞壁多糖实现胞外成核。这种生物矿化过程产生的纳米颗粒表面包裹着有机生物分子，使其在生理环境中保持分散稳定性，这对药物递送系统（DDS）的构建至关重要。

在应用层面，微生物合成的纳米材料展现出多面手特性：

• 抗病原体：AgNPs可破坏微生物膜电位，对MRSA（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）具有显著抑制效果

• 肿瘤治疗：功能化Fe₃O₄ NPs可实现磁热疗-化疗联合治疗

• 环境修复：负载漆酶的SiO₂ NPs可高效降解偶氮染料

• 生物传感：量子点标记的免疫检测灵敏度提升10³倍

Conflict of Interests

研究者声明该技术路线不存在专利壁垒，为后续产业化扫清了障碍。微生物合成纳米材料的时代正在到来——这些用生命铸就的纳米精灵，或将重新定义绿色制造的边界。